摘要：考察了沸石對氨氮的吸附性能和影響因素，結果表明：適宜的沸石種類和粒徑能快速吸附水中的氨氮，吸附時間越長，去除率越大，但吸附時間達到10min以后，吸附速率明顯減緩；水體越接近中性，氨氮去除效果越好；電導率也會影響沸石吸附氨氮的性能。

氨氮是水體受到污染的標志之一，容易引起水體藻類及其他微生物大量繁殖，形成水體富營養(yǎng)化，嚴重時會使水中溶解氧下降，魚類死亡，水質黑臭，導致湖泊干涸消失。氨氮排放量遠超出受納水體的環(huán)境容量、污染負荷壓力大，是造成目前地表水體氨氦超標的主要原因。

水體中氨氮超標會導致藻類和微生物大量繁殖，給水處理工藝流程和配水管網帶來危害。目前去除氨氮的技術主要分為生化和物化兩類：生化法有硝化及藻類養(yǎng)殖法，硝化法主要利用微生物的硝化反硝化作用去除多種含氮化合物。在實際的水廠運行中，由于接觸空氣，很難進行有效的反硝化反應，雖處理能力大，抗沖擊負荷能力強，但反應器占地面積大，基建投資高，受氣溫水質等因素影響較大，運行成本高，不適于國內的自來水行業(yè)使用。物化法有離子交換法、折點氯化法、吹脫法、化學沉淀法、電化學法等。綜合考慮氨氮去除工藝，并結合水廠現有的工藝流程和運行成本，采用離子交換法去除氨氮比較適用。

1、沸石吸附氨氮的性能

沸石的吸附機理和活性炭不盡相同，活性炭依靠其豐富的孔洞吸附水中雜質，是一個物理過程。而沸石首先是一個物理吸附過程，當吸附質粒子與吸附劑表面之間形成化學吸附鍵并構成表面絡合物時，沸石開始化學吸附即離子交換過程。其離子交換性能主要與沸石結構中硅鋁比的高低、沸石孔穴的大小、陽離子性質和位置有關。

沸石去除水中的氨氮主要是利用沸石對陽離子的選擇交換過程，其孔穴和孔道的直徑與氨氮微粒的直徑相當，因此對氨氮有很強的選擇吸附性能。不同的沸石其物理和化學性質都有差別，對氨氦的吸附也有差別。我國天然沸石資源豐富，利用沸石去除水體中氨氮污染物價格低廉，具有較好的應用前景。對自來水廠原水短期及突發(fā)性氨氮污染，投加沸石具有設備簡單、投資少、價格便宜、吸附速度快、去除率高等優(yōu)勢。

2、沸石吸附氨氮的影響因素

2.1 沸石的種類和粒徑

選取沸石1號80目、沸石1號200目以及沸石2號200目共3種沸石，同時在ZR4-6六聯(lián)混凝實驗攪拌機上進行實驗。原水氨氮為0.92mg/L，每種沸石均稱取2份各2.0g做平行實驗，快速攪拌2min，靜置20min后測定出水氨氮，結果見表1。

表1 沸石類別及粒徑對氨氮去除的影響

沸石種類	出水氨氮
沸石1號80目	0.32	0.34
沸石1號200目	0.24	0.22
沸石2號200目	0.18	0.20

可以看出，同一種類的沸石粒徑越小吸附率越大，而同一粒徑、不同種類的沸石吸附率也有差異。選擇沸石2號、粒徑200目的沸石進行后續(xù)實驗。

2.2 沸石投加量

分別取1000mL氨氮濃度為0.96mg/L的原水置于6個燒杯中，稱取不同質量的沸石快速攪拌2min，靜置10min后測定上清液氨氮，結果見圖1。

可以看出，沸石投加量越大去除率越大。沸石投加量為2.Og時，去除率達到75.0%，增加投加量去除率升高變緩，意義不大。在一定的投加量范圍內，氨氮去除率與沸石投加量成正相關性。原水中能被沸石吸附去除的氨氮是一個相對固定值，過量投加沸石并不能顯著提高氨氮的去除率，反而造成沸石的浪費。

2.3 接觸時間

沸石與原水接觸時間越長，吸附率也越大，普通水處理工藝能滿足沸石吸附氨氮的時間要求。原水氨氮為0.99mg/L，投加2.0g沸石快速攪拌2min后，間隔不同時間測定上清液氨氮，結果見表2。

表2 接觸時間對去除效果的影響

間隔時間/min	2	5	10	20	30	60
出水氨氮/(mg·L-1)	0.34	0.28	0.24	0.21	0.19	0.18
去除率/%	65.7	71.2	75.8	78.8	80.8	81.8

可以看出，在前2min甚至更短的時間內沸石快速吸附氨氮，去除率超過60%；隨著時間延長，去除率并未明顯增加，逐漸達到平衡。對自來水廠處理短期、突發(fā)性氨氮污染原水面言，投加時間和投加點比較靈活，在混凝階段或絮凝階段投加皆可，方便操作。

2.4 水體pH

分別取1000mL氨氮濃度為0.97mg/L的原水，用鹽酸和氫氧化鈉依次調節(jié)各原水pH值在1.0、3.0、5.0、7.0、9.0和11.0左右，分別投加2.0g沸石快速攪拌2min，沉淀10min后測定上清液氨氮，結果見圖2。

氨氮去除率隨著pH值的增加先升高后降低，pH值在5.0和7.0時去除率較大。氨氮在水中存在一個平衡：NH₄⁺+OH^-→NH₃+H₂O，在酸性環(huán)境下，氨氮濃度高，H⁺濃度也高，H⁺會和氨氮爭奪沸石的離子交換位置。在堿性環(huán)境下，氨氮會與水中的OH^-結合，降低了氨氮濃度，所以2種情況下的去除率均不高。在水體越接近中性的情況下，沸石去除氨氮的效果越好。

2.5 電導率

投加電解質NaCl改變原水的電導率，考察電導率對沸石吸附氨氮的影響。分別取1000mL氨氮濃度為0.98mg/L的原水，依次加入不同量的NaCl，中性條件下調節(jié)電導率。分別投加2.0g沸石快速攪拌2min，沉淀10min后測定各杯上清液氨氮，結果見圖3。

可以看出，通過添加電解質改變原水的電導率對沸石吸附氨氮的影響較大，電導率由127μs/cm升高到624μs/cm時，出水氨氮濃度逐漸增加，氨氮去除率下降明顯，由71.4%下降到51.0%。這主要是因為沸石不僅能吸附水中的氨氮，還能吸附水中的陽離子如Na⁺，電解質中陽離子的存在會阻礙沸石吸附氨氮的效能。

3、結論

①沸石的種類和粒徑會影響對氨氮的吸附，同一種沸石，粒徑越小，目數越大，對氨氮的去除率越高，但是過小的粒徑會提高制水成本。

②雖然沸石投加量越大對氨氮的去除效果越好，但實際生產中要考慮經濟等多種因素，應根據原水氨氮以及出水氨氮的限值選擇合適的投加量，以保證水質。

③沸石對氨氮的吸附作用可以分為快速吸附、慢速吸附、相對平衡3個階段，其中快速吸附在投加后幾分鐘內完成。在實際生產中，可靈活選擇投加點。

④調節(jié)原水由酸性變?yōu)橹行栽僮優(yōu)閴A性，沸石對氨氮的去除率先升高后降低，在接近中性時去除率較高。

⑤沸石對水中陽離子都有吸附性能，電解質的存在會影響沸石對氨氮的吸附效果。電導率越大，干擾陽離子越多，沸石對氨氦的吸附效果越差。